研究固体的性质
1.知道什么是晶体，什么是非晶体． 2.知道晶体和非晶体在外形和物理性质上的区别．(重点)
3．理解晶体微观结构不同是形成宏观差异的原因．(难点)
eq \o(\s\up7(, [学生用书P34])
一、怎样区分晶体和非晶体
固体可以分为晶体和非晶体两类．石英、云母、明矾、食盐、味精、蔗糖等是晶体；玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等是非晶体．
二、怎样区分单晶体和多晶体
单晶体具有确定的几何形状，多晶体和非晶体没有确定的几何形状；我们在初中已经学过，晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点；有些晶体沿不同方向的导热或导电性能不同，有些晶体沿不同方向的光学性质不同，这类现象称为各向异性．非晶体沿各个方向的物理性质都是一样的，这叫做各向同性．
三、固体性质的微观解释
1．1982年，扫描隧道显微镜的问世，使人类第一次观察到原
子在物质表面的排列状况．在各种晶体中，原子(或分子、离子)都是按照各自的规则排列的，具有空间上的周期性．
2．有的物质在不同条件下能够生成不同的晶体．那是因为组成它们的微粒能够按照不同规则在空间分布．如碳原子如果按图甲那样排列，就成为石墨，而按图乙那样排列，就成为金刚石．
甲 乙
单晶体、多晶体、非晶体的比较
分类 比较 晶体 非晶体
单晶体 多晶体
外形 规则 不规则 不规则
熔点 确定 不确定
物理性质 各向异性 通常各向同性 各向同性
原子排列 有规则 每个晶体的排列无规则 无规则
形成与转化 有的物质在不同条件下能够形成不同的晶体，同一物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，有些非晶体，在一定条件下也可转化为晶体
典型物质 石英、云母、食盐、硫酸铜 玻璃、蜂蜡、松香
关于晶体和非晶体，下列说法中正确的是( )
A．有规则几何外形的固体一定是晶体
B．晶体在物理性质上一定是各向异性的
C．非晶体不可能转化为晶体
D．晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点
[思路点拨] 解答本题可以按以下思路进行:
\x(晶体与非晶体的区别)?判断是否为晶体)Ｋ
[解析] 因为外形是否规则可以用人工的方法处理，所以选项A错；多晶体在物理性质上是各向同性的，B错；实验证明非晶体在适当的条件下可以转化为晶体，C错；晶体与非晶体的区别表现在是否有确定的熔点，答案为D.
[答案] D
判断晶体与非晶体的方法
晶体与非晶体最本质的区别是晶体有确定的熔点，而
非晶体无确定的熔点，由于多晶体和非晶体都是具有各向同性，没有规则外形的特点，仅从各向同性或几何形状不能断定某一固体是晶体还是非晶体．
晶体微观结构的特点
1．组成晶体的物质微粒(分子、原子或离子)，依照一定的规律在空间整齐地排列．
2．晶体中物质微粒的相互作用很强，微粒的热运动不足以克服它们的相互作用而远离．
3．微粒的热运动表现为在一定的平衡位置附近不停地做微小的振动．
晶体的微观结构决定其宏观物理性质，改变物质的微观结构从而改变物质的属性，如碳原子可以组成性质差别很大的石墨和金刚石，有些晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化．
(多选)下列关于晶体空间点阵的说法，正确的是( )
A．构成晶体空间点阵的物质微粒，可以是分子，也可以是原子或离子
B．晶体的物质微粒之所以能构成空间点阵，是由于晶体中物质微粒之间相互作用很强，所有物质微粒都被牢牢地束缚在空间点阵的结点上不动
C．所谓空间点阵与空间点阵的结点，都是抽象的概念；结点是指组成晶体的物质微粒做永不停息的微小振动的平衡位置；物质微粒在结点附近的微小振动，就是热运动
D．相同的物质微粒，可以构成不同的空间点阵；也就是同一种物质能够生成不同的晶体，从而能够具有不同的物理性质
[解析] 组成晶体的物质微粒可以是分子、原子或离子．这些物质微粒也就是分子动理论所说的分子．显然，组成晶体的物质微粒处在永不停息的无规则热运动之中，物质微粒之间还存在相互作用力，晶体的物质微粒之所以能构成空间点阵，是由于晶体中物质微粒之间的相互作用力很强，物质微粒的热运动不足以克服这种相互作用而彼此远离，所以选项B错误，选项A、C、D正确．
[答案] ACD
解释固体宏观特征的方法
(1)物质微粒的规则排列决定了固体有规则的几何形状、各向异性、熔点固定等性质．
(2)物质微粒的不规则排列决定了固体没有规则的几何外形、各向同性、熔点不固定等性质．
用微观结构理论解释晶体的特性
1．对单晶体特性的解释
(1)对各向异性的解释：如图所示是一平面上晶体物质微粒的排列情况，从图中可以看出，在沿不同方向所画的等长线段AB、AC、AD上，物质微粒的数目不同．线段AB上物质微粒较多，线段AD上较少，线段AC上更少．正因为在不同方向上物质微粒的排列情况不同，才导致晶体在不同方向上物理性质不同．
(2)对熔点的解释：给晶体加热到一定温度时，一部分微粒有足够的动能，克服微粒间的作用力，离开平衡位置，使规则的排列被破坏，晶体开始熔化，熔化时晶体吸收的热量全部用来破坏规则的排列，温度不发生变化．
2．多晶体的微观结构及对其性质的解释：多晶体是由许多杂乱无章地排列着的小晶体(晶粒)组成的．平常见到的各种金属材料都是多晶体．把纯铁做成的样品放在显微镜下观察，可以看到它是由许许多多晶粒组成的．晶粒有大有小，最小的只有10－5cm，最大的也不超过10－3cm.每个晶粒都是一个小单晶体，具有各向异性的物理性质和规则的几何形状，因为大量晶粒杂乱无章地排列，所以多晶体没有规则的几何形状，也不显示各向异性．它在不同方向的物理性质是相同的，即各向同性．
(多选)单晶体不同于非晶体，它具有规则的几何外形，在不同方向上物理性质不同，而且具有一定的熔点，下列哪些说法可以用来解释晶体的上述特性( )
A．组成单晶体的物质微粒，在空间按一定的规律排成整齐的行列，构成特定的空间点阵
B．单晶体在不同方向上物理性质不同，是由于不同方向上微粒数目不同，微粒间距离也不相同
C．单晶体在不同方向上物理性质不同，是由于不同方向上的物质微粒的性质不同
D．单晶体在熔化时吸收热量，全部用来瓦解单晶体的空间点阵，转化为分子势能，因此，单晶体在熔化过程中保持一定的温度不变，只有空间点阵完全被瓦解，单晶体完全变为液体后，继续加热，温度才会升高
[解析] 单晶体微粒构成的空间点阵是单晶体有规则几何外形的原因，单晶体在物理性质上的各向异性是由于空间点阵中不同方向的微粒数目不同，微粒间距离也不相同．晶体熔点的存在是由于晶体在熔化时要吸收热量用来瓦解空间点阵，增加分子势能．熔化过程中分子热运动的平均动能不变，即温度不变．只有当晶体全部转变为液体后温度才会升高，分子热运动的平均动能才会增加，所以单晶体也是如此．故选项A、B、D正确．
[答案] ABD
各种晶体都是按照一定的规则排列的，具有空间上的周期性．同种物质也可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，晶体和非晶体可在一定条件下相互转化．
[随堂检测]
1．如图所示，四块固体中，属于晶体的是( )
解析：选B.石英为晶体，橡胶、魔方(木)、塑料为非晶体．
2．(多选)国家游泳中心——水立方，像一个透明的水蓝色的“冰块”，透过它，游泳中心内部设施尽收眼底．这种独特的感觉就源于建筑外墙采用了一种叫做ETFE(四氟乙烯和乙烯的共聚物)的膜材料，这种膜材料属于非晶体，那么它具有的特性是( )
A．在物理性质上具有各向同性
B．在物理性质上具有各向异性
C．具有一定的熔点
D．没有一定的熔点
解析：选AD.非晶体没有一定的熔点，在物理性质上表现为各向同性．
3．下列说法中正确的是( )
A．黄金可以切割加工成任意形状，所以是非晶体
B．同一种物质只能形成一种晶体
C．单晶体的所有物理性质都是各向异性的
D．玻璃没有确定的熔点，也没有规则的几何形状
解析：选D.所有的金属都是晶体，因而黄金也是晶体，只是因为多晶体内部小晶粒的排列杂乱无章，才使黄金没有规则的几何形状，故A错．同一种物质可以形成多种晶体，如碳可以形成金刚石和石墨两种晶体，故B错．单晶体的物理性质的各向异性是指某些物理性质各向异性，但有些物理性质各向同性，故C错．玻璃是非晶体，因而没有确定的熔点和规则的几何形状，D对．
4．晶体在熔化过程中所吸收的热量主要用于( )
A．破坏空间点阵结构，增加分子动能
B．破坏空间点阵结构，增加分子势能
C．破坏空间点阵结构，增加分子势能，同时增加分子动能
D．破坏空间点阵结构，但不增加分子势能和分子动能
解析：选B.晶体有固定的熔点，熔化过程中吸收的热量主要用于破坏空间点阵结构，因温度不变，所以分子平均动能不变，吸收的热量用于增加分子势能，所以选项B正确．
5．在下列物质中，属于晶体的是__________，属于非晶体的是__________；属于单晶体的是__________，属于多晶体的是__________．(填物质代号)
A．玻璃 B．雪花 C．橡胶 D．铁块 E．单晶硅
F．沥青
答案：BDE ACF BE D
[课时作业]
一、单项选择题
1．把某薄片一面涂上一层石蜡，然后用烧热的钢针接触它的反面，熔化了的石蜡呈椭圆形，那么，这薄片是 ( )
A．非晶体 B．多晶体
C．单晶体 D．无法判断
解析：选C.只有单晶体具有各向异性，故C选项正确．
2．如图所示是一块密度、厚度均匀的矩形被测样品，长AB为宽CD的两倍，若用多用电表沿两对称轴测其电阻均为R，这块样品可能是 ( )
A．金属 B．多晶体
C．单晶体 D．非晶体
解析：选C.由题图知，电阻RAB的长度是RCD的2倍，横截面积是RCD的，对于同种材料的导体，用多用电表测得RAB＝RCD，说明该材料沿AB方向导电性能比CD方向导电性能好，表现出各向异性，因而该样品是单晶体，因而应选C.
3．如图所示，曲线M、N分别表示晶体和非晶体在一定压强下的熔化过程，图中横轴表示时间t，纵轴表示温度T，从图中可以确定的是 ( )
A．晶体和非晶体均存在固定的熔点T0
B．曲线M的bc段表示固液共存状态
C．曲线M的ab段、曲线N的ef段均表示固态
D．曲线M的cd段、曲线N的fg段均表示液态
解析：选B.由图像可知曲线M表示晶体，bc段表示晶体熔化过程，处于固液共存状态，B对；N表示非晶体，没有固定的熔点，A错；由于非晶体没有一定的熔点而是逐步熔化，因此C、D错．
4．在图甲、乙、丙三种固体薄片上涂蜡，由烧热的针接触其上一点，蜡熔化的范围如图甲、乙、丙所示，而甲、乙、丙三种固体在熔化过程中温度随加热时间变化的关系如图丁所示，以下说法正确的是( )
A．甲、乙为非晶体，丙是晶体
B．甲、乙为晶体，丙是非晶体
C．甲、丙为非晶体，乙是晶体
D．甲为多晶体，乙为非晶体，丙为单晶体
解析：选D.由图甲、乙、丙可知：甲、乙各向同性，丙各向异性；由图丁可知：甲、丙有固定熔点，乙无固定熔点，所以甲、丙为晶体，乙为非晶体，其中甲为多晶体，丙为单晶体．故D正确．
二、多项选择题
5．晶体具有各向异性是由于 ( )
A．晶体在不同方向上物质微粒的排列情况相同
B．晶体在不同方向上物质微粒的排列情况不同
C．晶体内部结构的有规则性
D．晶体内部结构的无规则性
解析：选BC.晶体内部的微粒是有规则排列的，从而使它在不同方向上的物质微粒排列情况不同，引起晶体在不同方向上的物理性质不同．
6．如图所示，甲、乙、丙三种固体物质，质量相等，加热过程中，相同时间内吸收的热量相等，从其温度随时间变化的图像可以判断( )
A．甲、丙是晶体，乙是非晶体
B．乙是晶体，甲、丙是非晶体
C．乙是非晶体，甲的熔点比丙低
D．乙是非晶体，甲的熔点比丙高
解析：选AD.晶体在熔化过程中吸热，但是温度不发生变化，这是晶体的重要特征，由题图知甲、丙为晶体，故A正确，从熔点上看甲到t2时才熔化，故D正确．
7．下列说法正确的是( )
A．将一块晶体敲碎后，得到的小颗粒是非晶体
B．固体可以分为晶体和非晶体两类，有些晶体在不同方向上有不同的光学性质
C．由同种元素构成的固体，可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体
D．在合适的条件下，某些晶体可以转变为非晶体，某些非晶体也可以转变为晶体
解析：选BCD.将一块晶体敲碎后，得到的小颗粒仍是晶体，故选项A错误．有些单晶体具有各向异性，沿不同方向上的光学性质不同，故选项B正确．例如金刚石和石墨由同种元素构成，但由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体，故选项C正确．晶体与非晶体在一定条件下可以相互转化．如天然水晶是晶体，熔融过的水晶(即石英玻璃)是非晶体，也有些非晶体在一定条件下可转化为晶体，故选项D正确．
8．下列关于晶体和非晶体，正确的说法是( )
A．晶体内部的物质微粒是规则排列的，而非晶体内部的微粒是不规则排列的
B．晶体内部的微粒是静止的，而非晶体内部的微粒是不停地运动着的
C．晶体还是非晶体并不是绝对的
D．在物质内部的各个平面上，微粒数相等的是晶体，微粒数不等的是非晶体
解析：选AC.晶体和非晶体的区别要抓好两点：一是外形；二是物理性质．晶体内部的微粒是按一定规律排列的，而非晶体则无这一特点，A正确；物质内部的微粒都在运动，B错误；晶体和非晶体在一定条件下可相互转化，C正确；即使是晶体，各个平面上的微粒数也不一定相等，D错误．
三、非选择题
9.一电炉的功率P＝200 W，将质量m＝240 g的固体样品放在炉内，通电后的电炉内的温度变化如图所示．设全部电能转化为内能并全部被样品吸收，试问：该固体样品的熔点和熔化热为多大？
解析：由熔化曲线上温度不变的部分可找出熔点．根据熔化时间和电炉功率可知电流做功的多少，这些功全部转化为热并全部用于样品的熔化．样品的熔点为60 ℃.熔化时间t＝2 min，电流做功W＝Pt.
设样品的熔化热为λ，样品熔化过程中共吸收热量 Q＝λm.
由W＝Q，即Pt＝λm知，
λ＝＝ J/kg＝1×105 J/kg.
答案：60 ℃ 1×105 J/kg
10.食盐晶体由钠离子和氯离子组成，这两种离子在空间中三个互相垂直方向上都是等距离交错排列着的，如图所示，已知氯化钠晶体的密度ρ＝2.16×103 kg/m3.钠原子的摩尔质量为2.3×10－2 kg/mol，氯原子的摩尔质量为3.55×10－2 kg/mol，求晶体点阵中相邻原子间距．
解析：晶体点阵中相邻原子间距，就是由四个氯离子和四个钠离子所组成的小立方体的边长，如图所示．
由钠和氯的摩尔质量及阿伏伽德罗常量即可找出钠原子和氯原子的质量分别为
mNa＝ kg≈3.82×10－26 kg，
mCl＝ kg≈5.89×10－26 kg.
设单位体积中钠原子和氯原子数均为n.
由其密度ρ＝n(mNa＋mCl)
得n＝＝ m－3
≈2.22×1028 m－3.
单位体积中的原子数为N＝2n，因此每一个原子所占的体积为V0＝＝ m3.
把每一原子所占体积看成一个小立方体，其边长设为d，这也就是点阵中相邻原子的间距，即
d＝＝＝＝ m
≈2.82×10－10 m.
答案：2.82×10－10 m
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第3章 固体、液体与新材料
3．1 研究固体的性质
第3章 固体、液体与新材料
晶体
非晶体
晶体
非晶体
各向异性
各向同性
各自的规则
周期性
不同规则
预习导学新知探究
梳理知识·夯实基础
多维课堂,师生互动
突破疑难·讲练提升
规律总结
